文章來源:材料分析與應(yīng)用
近日,清華大學(xué)材料學(xué)院伍暉副教授課題組開發(fā)出一種全新的納米顆粒制備技術(shù),首次提出利用高速旋轉(zhuǎn)卷對卷裝置控制納米顆粒的生長過程,成功實(shí)現(xiàn)了金屬單質(zhì)、合金和金屬氧化物等多種材質(zhì)的納米顆粒制備,為金屬納米粉末的合成提供了新思路和新機(jī)遇。
金屬納米顆粒的可控合成對基礎(chǔ)科學(xué)研究以及實(shí)際工業(yè)應(yīng)用都十分重要。
目前常用的合成金屬納米顆粒的方法為化學(xué)還原法,實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中金屬塊體材料到金屬納米材料的加工過程需要經(jīng)歷金屬塊體溶解為金屬鹽以及金屬鹽還原成為納米材料這兩個(gè)步驟,需要使用大量試劑和表面活性劑,并且會(huì)產(chǎn)生大量的固體和液體廢料。一種綠色的、可控的、可大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量金屬納米顆粒的技術(shù)對于工業(yè)應(yīng)用以及可持續(xù)發(fā)展十分重要。
卷對卷電沉積裝置工作示意圖(上圖)以及裝置實(shí)物照片(下圖)
伍暉課題組成功開發(fā)了一種將電沉積與剝離技術(shù)結(jié)合的連續(xù)旋轉(zhuǎn)電鍍(Rotating Electrodeposition and Separation, REDS)合成裝置,該裝置利用電化學(xué)還原過程將納米顆粒沉積在連續(xù)旋轉(zhuǎn)的基底表面,之后通過機(jī)械剝離的方法獲得分散的金屬納米材料。
REDS技術(shù)提供了一種可控的、可規(guī)模化、綠色低成本制備高質(zhì)量納米顆粒的新方法。在REDS方法中,高速旋轉(zhuǎn)的過程可以控制材料的形核生長,為控制納米材料的尺寸和形貌提供了一種新思路。該方法適用于合成多種不同的金屬基納米材料,包括金屬單質(zhì)納米顆粒(如Ag、Au、Ni、Cu)、合金納米顆粒(如FeCoNi和FeCoNiW)和金屬氧化物納米材料(如Co3O4)。
通過進(jìn)一步控制電沉積過程中金屬原子的沉積條件,該方法還可以制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的納米材料,例如金屬多面體、金屬納米片、金屬枝晶和金屬納米花等結(jié)構(gòu)。利用銀球狀納米顆粒,可以制備性能優(yōu)異的導(dǎo)電漿料,用于印刷近場通信標(biāo)簽和觸摸屏面板等電子器件。將REDS方法替代傳統(tǒng)的化學(xué)合成法制備銀納米顆粒,可以降低90%的工業(yè)加工成本,對于銀納米材料的工業(yè)應(yīng)用具有極大的前景。
此項(xiàng)工作在國際期刊《物質(zhì)》(Matter)上發(fā)表了題為“Metal Nanoparticles Harvesting by Continuous Rotating-Electrodeposition and Separation”(連續(xù)卷對卷電沉積與剝離制備金屬納米顆粒)的研究論文,并申請國內(nèi)和國際專利。 |